DE3533298A1 - COLOR SENSOR - Google Patents
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Datum/dateDate
18. September 1985September 18, 1985
FarbsensorColor sensor
Die Erfindung betrifft einen Farbsensor.The invention relates to a color sensor.
Wird ein Halbleitersubstrat mit einem PN Übergang mit Licht bestrahlt, so werden infolge der Strahlungsenergie hr sehr viele bzw. eine übermäßig hohe Zahl von Trägern erzeugt. Die erzeugten Elektronen und Löcher driften zumBecomes a semiconductor substrate with a PN junction with light irradiated, a large number or an excessively large number of carriers are generated as a result of the radiation energy hr. The generated electrons and holes drift to the
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N-Bereich bzw. P-Bereich; während der PN-Übergang geöffnet wird, wird eine Spannung erfaßt durch einen Betrag, welcher der Änderung des Fermi-Niveaus äquivalent ist; wenn er kurzgeschlossen ist, fließt ein Kurzschlußstrom in der Richtung vom P-Bereich zum N-Bereich. Ein Halbleiter mit einem derartigen photoelektrischen Wandlermechanismus wird als Phototransistor, Photodiode, Solarzelle oder dergleichen verwendet.N-area or P-area; while the PN junction is opened, a voltage is detected by an amount which is equivalent to the change in Fermi level; if he is short-circuited, a short-circuit current flows in the direction from the P region to the N region. A semiconductor with Such a photoelectric conversion mechanism is called a phototransistor, photodiode, or solar cell like used.
Erfolgt eine Lichtstrahlung auf das Halbleitersubstrat, wie vorstehend beschrieben, so hängt der Absorptionskoeffizient des Lichtes weitgehend von der Wellenlänge ab, obgleich der Grad der Abhängigkeit entsprechend den Materialien des Substrates, beispielsweise Si oder Ge variiert. Licht mit einer kurzen Wellenlänge, das eine hohe Strahlungs- und Beleuchtungsenergie hat, wird in der Umgebung der Oberfläche des Halbleitersubstrates absorbiert, wodurch Elektronen-Löcher-Paare erzeugt werden, während Licht mit einer großen Wellenlänge einen vergleichbar tiefen Abschnitt erreicht und dort absorbiert wird.If light is radiated onto the semiconductor substrate, as described above, the absorption coefficient of the light largely depends on the wavelength although the degree of dependence depends on the materials of the substrate, for example Si or Ge varies. Short wavelength light that has high radiant and illuminating energy is turned into the vicinity of the surface of the semiconductor substrate is absorbed, creating electron-hole pairs while light with a long wavelength reaches a comparatively deep section and is absorbed there will.
Auf der Grundlage dieses Prinzips basiert ein Halbleiter-Farbsensor, der aus einen Einzelkristall Si-Chip bestehtA semiconductor color sensor is based on this principle, which consists of a single crystal Si chip
in und Rezeptor-Elemente aufweist, die einer Doppelstruktur darin ausgebildet sind; hierbei wird die Dicke der Si-Schicht als Filter benutzt oder es wird ein spezielles Filter verwendet, wie es bereits vorgeschlagen ist und verwendet wird (jap. Patentveröffentlichung 16 494/1980).in and having receptor elements formed in a double structure therein; this becomes the thickness of the Si layer used as a filter or a special filter is used, as already suggested and is used (Japanese Patent Publication 16 494/1980).
In Verbindung mit Fig. 5 und 6 wird nachfolgend ein bekannter Farbsensor beschrieben, der ein Einzelkristall-Silizium-Chip verwendet und dessen ErsatzschaltbildIn connection with FIGS. 5 and 6, a known color sensor is described below, which is a single crystal silicon chip used and its equivalent circuit diagram
— ο — - ο -
Fig. 6 zeigt. Dieser bekannte Farbsensor ist ein Halbleiter-Farbsensor solcher Art, der als Filter die Dicke der Si-Schicht bzw. des Si-Elementes eines Einzelkristall-Siliziumchips verwendet, dessen Rezeptorelement in einer Doppelstruktur darin ausgebildet ist; dieser Farbsensor verwendet die Differenz der spektralen Empindlichkeitscharakteristiken zwischen einer flachen Flächenphotodiode D1 und einer tiefen bzw. hohen Flächenphotodiode D2. Die flache Flächendiode D1 hat eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Licht mit kurzer Wellenlänge, während die hohe Flächenphotodiode eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Licht mit großer Wellenlänge besitzt. Durch Ausnützung der Tatsache, daß das Verhältnis der Kurzschlußströme der beiden Photodioden D1 und D2 der Wellenlänge im Verhältnis 1 : 1 entspricht, ist der Farbsensor nach Fig. 5 im Stande, die Farbe des Lichtes zu unterscheiden, das von der oberen Fläche des Farbsensor eingetreten ist.Fig. 6 shows. This known color sensor is a semiconductor color sensor such a type, the thickness of the Si layer or the Si element of a single crystal silicon chip as a filter is used, the receptor element of which is formed in a double structure therein; this color sensor uses the difference in spectral sensitivity characteristics between a flat area photodiode D1 and a deep or high area photodiode D2. The flat area diode D1 has a high sensitivity to light with a short wavelength, while the high area photodiode has a high sensitivity to Has long wavelength light. By taking advantage of the fact that the ratio of the short-circuit currents of the two photodiodes D1 and D2 corresponds to the wavelength in the ratio 1: 1, the color sensor according to FIG. 5 is able to distinguish the color of light that has entered from the top surface of the color sensor.
Bei einem Farbsensor vom Einzelkristalltyp nach Fig. 5 ist es jedoch notwendig, die Dicke der Silizium-Halbleiterschicht üblicherweise größer als 10 μπι zu machen, um die gewünschte Empfindlichkeit bezüglich der Wellenlänge (300 bis 800 nm ) zu erreichen, ferner ist eine Temperatur von nicht weniger als 1.OQO0C erforderlich bei der Dotierung von Störstellen,so daß der Herstellungsprozeß schwierig wird.In a color sensor of the single crystal type according to FIG. 5, however, it is necessary to make the thickness of the silicon semiconductor layer usually greater than 10 μm in order to achieve the desired sensitivity with respect to the wavelength (300 to 800 nm), and a temperature of not less than 1.OQO 0 C is required when doping impurities, so that the manufacturing process becomes difficult.
Ein bekannter Farbsensor, der amorphes Einzelkristallsilizium und in Kombination damit Filter verwendet, läßt sich bei vergleichbar niedriger Temperatur (300 bis 400 0C) herstellen und besitzt eine dünne Schicht im Vergleich zu einem Einzelkristallsiliziumelement. In Verbindung mit Fig. 7 wird ein bekannter Farbsensor mit amorphem Siliziumelement beschrieben; Fig. 8 zeigt das zugehörige Ersatz-A known color sensor that uses amorphous single crystal silicon and, in combination with it, filters can be produced at a comparatively low temperature (300 to 400 ° C.) and has a thin layer compared to a single crystal silicon element. A known color sensor with an amorphous silicon element is described in connection with FIG. 7; Fig. 8 shows the associated replacement
schaltbild. Dieser Farbsensor kann die Farbe des Lichtes unterscheiden, das von der Filterseite eingetreten ist, und zwar auf der Grundlage des Ausgangssignales jeder Photodiode, die jedem Farbfilter entspricht.circuit diagram. This color sensor can distinguish the color of the light that has entered from the filter side, based on the output of each photodiode corresponding to each color filter.
Ein Farbsensor der in Verbindung mit Fig. 7 be- . schriebenen Art, der ein amorphes Siliziumelement verwendet, hat jedoch den Nachteil, daß drei Arten von Farbfiltern verwendet werden müssen, obgleich es möglich ist, die Dicke der Siliziumschicht bzw. des Siliziumelementes kleiner zu gestalten, und daß der Ausgang eines Filters abhängig vom Einfallswinkel des Lichtes gegenüber dem Farbfilter sich ändern kann und gegenüber dem Einfluß von Streulicht empfindlich ist.A color sensor which is used in conjunction with FIG. type that uses an amorphous silicon element, however, has the disadvantage that three types of color filters must be used, although it is possible to make the thickness of the silicon layer or the silicon element smaller, and that the output of a filter can change depending on the angle of incidence of the light in relation to the color filter and in relation to the influence is sensitive to stray light.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Farbsensor zu schaffen, der die vorerwähnten Nachteile beseitigt.The invention is based on the object of creating a color sensor which eliminates the aforementioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the claims 1 specified features solved.
Weitere Ausgestaltungen des Farbsensors ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the color sensor emerge from the subclaims.
Die Erfindung schafft insbesondere einen Farbsensor, der eine dünnere Siliziumschicht aufweist, der ein spezielles Farbfilter entbehrlich macht und der auf einfache Weise herstellbar ist.In particular, the invention provides a color sensor which has a thinner silicon layer, which has a special Makes color filters unnecessary and that in a simple way can be produced.
Die Erfindung schafft einen Farbsensor, der den photoelektrischen Effekt einer amorphen Solarzelle ausnutzt, welche ein photovoltaisches Element bzw. Photoelement darstellt.The invention creates a color sensor which uses the photoelectric effect of an amorphous solar cell, which represents a photovoltaic element or photo element.
Der erfxndungsgemäße Farbsensor hat zur Grundlage dieThe color sensor according to the invention is based on
unerwartete bzw. überraschende Feststellung, daß durch Bildung eines Rezeptorelementes in Form einer Doppelstruktur in einer amorphen Silizium-Halbleiterschicht der Farbsensor, der eine PIN-Struktur besitzt,-. eine-Wellenlängenabhängigkeitscharakteristik zeigt, die etwa gleich derjenigen einer konventionellen Einzelkristall-Siliziumeinrichtung ist, welche aus einem Doppelrezeptorelement aufgebaut ist, wie dies in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben ist. Dabei hat die erfindungsgemäße Einrichtung einen viel dünneren Aufbau als die bekannte Halbleitereinrichtung. Dieses Phänomen kann darauf zurückzuführen sein, daß der Lichtabsorptionskoeffizient von amorphem Silizium wesentlich größer im Vergleich zu demjenigen eines Einzelkristall-Siliziumelementes ist.unexpected or surprising finding that by forming a receptor element in the form of a double structure The color sensor, which has a PIN structure, is in an amorphous silicon semiconductor layer. a wavelength dependency characteristic which is approximately the same as that of a conventional single crystal silicon device which is constructed from a double receptor element, as described in connection with FIG is. The device according to the invention has a much thinner structure than the known semiconductor device. This phenomenon may be due to the fact that the light absorption coefficient of amorphous silicon is substantial larger compared to that of a single crystal silicon element is.
Bei dem Farbsensor gemäß der Erfindung, bestehend aus amorphen Photoelementen, ist die Dicke der Halbleiterschicht wesentlich kleiner im Vergleich zu einem bekannten Halbleiter-Farbsensor. Da es nicht notwendig ist, ein spezielles Farbfilter zu verwenden, und da es möglich ist, den Farbsensor durch eine Niedertemperaturbehandlung herzustellen, wird der Herstellungsprozeß im Vergleich zu einem bekannten Herstellungsverfahren wesentlich vereinfacht, was in einer einfachen Herstellung bei niedrigen Kosten resultiert. Der erfindungsgemäße Farbsensor ist vorteilhafterweise anwendbar zur Farbunterscheidung von coloriertem Papier, zum Lesen von Farbcodes, zur Farbprüfung von Pigmenten und Farbstoffen, zur Farbunterscheidung bei Geweben und/oder Garn bzw. Zwirn, bei der Einstellung des Farbgleichgewichts bei Fernsehgeräten, ferner bei der Farbeinstellung von Farbkopien, zur Farberfassung anderer Objekte, zur Messung und Kontrolle der Farbtemperatur und Wellenlänge einer Lichtquelle usw.In the color sensor according to the invention, consisting of amorphous photo elements, the thickness of the semiconductor layer is much smaller compared to a known one Semiconductor color sensor. Because it is not necessary to use a special color filter, and because it is possible is to manufacture the color sensor by a low temperature treatment, the manufacturing process is compared significantly simplified to a known manufacturing process, resulting in a simple manufacture results at a low cost. The color sensor according to the invention can advantageously be used for color differentiation of colored paper, for reading color codes, for color testing of pigments and dyes, for color differentiation in fabrics and / or yarn or thread, when setting the color balance with televisions, also with the color adjustment of color copies, for the color detection of others Objects, for measuring and controlling the color temperature and wavelength of a light source, etc.
Im folgenden wird der Farbsensor an Hand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigt:The following is a description of the color sensor based on the drawing to explain further features. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Farbsensors,Fig. 1 is a schematic representation of the structure of a Embodiment of the color sensor according to the invention,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild für den Farbsensor nach Fig.FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram for the color sensor according to FIG.
Fig. 3 eine Darstellung der spektralen Empfindlichkeitseigenschaften eines Farbsensors gemäß der Erfindung, 3 shows a representation of the spectral sensitivity properties of a color sensor according to the invention,
Fig. 4 eine Darstellung der Abhängigkeit des Kurzschlußstromes von der Wellenlänge,4 shows the dependence of the short-circuit current on the wavelength,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Aufbaues eines .üblichen Farbsensors,5 shows a schematic representation of the structure of a customary color sensor,
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild für den Farbsensor nach Fig. 5,FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram for the color sensor according to FIG. 5,
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines anderen bekannten Farbsensors,7 shows a schematic representation of the structure of a other known color sensors,
Fig. 8 das Ersatzschaltbild für den Farbsensor nach Fig. 7, und8 shows the equivalent circuit diagram for the color sensor according to FIG. 7, and
Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen Dicke und maximaler Absorptionswellenlänge eines amorphen Photoelementes, das für den erfindungsgemäßen Farbsensor verwendet wird.9 is a graph showing the relationship between thickness and maximum Absorption wavelength of an amorphous photo element used for the color sensor according to the invention will.
Als Substrat für einen Sensor gemäß der Erfindung ist eine Glasplatte oder eine Platte aus rostfreiem Stahl geeignet.A glass plate or a stainless steel plate is suitable as a substrate for a sensor according to the invention.
Ein amorphes photovoltaisches Element mit PIN-Aufbau weist bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform ein Element aus einer amorphen Halbleiterschicht vom P-Typ und eine Halbleiterschicht vom N-Typ auf, zwischen welchen eine amorphe Halbleiterschicht vom I-Typ eingesetzt ist. Die amorphe I-Halbleiterschicht ist vorzugsweise so dick wie möglich im Vergleich zu den P- und N-Schichten. Ein erstes amorphes Photoelement (photovoltaisches Element) ist über eine transparente Isolierschicht aus SiO- oder dergleichen mit einem zweiten amorphen Photoelement bedeckt, wobei die Isolierschicht durch Niederschlagen oder dergleichen gebildet ist. Die Dicke der Isolierschicht liegt vorzugsweise zwischen 0,005 bis 0,1 μπι.An amorphous photovoltaic element with a PIN structure has in the embodiment described below an element made of an amorphous semiconductor layer from P-type and an N-type semiconductor layer between which an I-type amorphous semiconductor layer is inserted is. The amorphous I-semiconductor layer is preferable as thick as possible compared to the P and N layers. A first amorphous photo element (photovoltaic Element) is over a transparent insulating layer made of SiO or the like with a second amorphous photo element, the insulating layer being formed by deposition or the like. The thickness of the insulating layer is preferably between 0.005 and 0.1 μm.
Jedes der amorphen Photoelemente kann unter üblichen Bedingungen hergestellt werden. Mit anderen Worten heißt dies, es kann durch wiederholte Ausführung folgender Schritte erzeugt werden: Einleiten eines Materialgases (Transportgas) zur Herstellung eines Halbleiters unter Vakuum (0,1 bis 3 Torr); das Materialgas wird einer Plasmaauflösung bzw. Plasmazersetzung durch ein Plasma ausgesetzt, die durch eine Entladungsenergie von 0,02 bis 2 W cm erzeugt wird; Niederschlagen bzw. Ablagern des Halbleiterfilmes auf ein Substrat, das auf 150 bis 300 0C erhitzt ist.Any of the amorphous photo elements can be manufactured under usual conditions. In other words, it can be produced by repeatedly executing the following steps: introducing a material gas (transport gas) for producing a semiconductor under vacuum (0.1 to 3 Torr); the material gas is subjected to plasma dissolution or plasma decomposition by a plasma, which is generated by a discharge energy of 0.02 to 2 W cm; Depositing or depositing the semiconductor film on a substrate which is heated to 150 to 300 0 C.
Gas mit einem niedrigen Alkylsilan, beispielsweise Monosilan und Disilan als Hauptbestandteil, mit Diboran als Quelle für Störstellen, und mit Wasserstoff und Argon wird als Beispiel eines Materialgases zur Herstellung einer P-Halbleiterschicht genannt. Als ein Beispiel für ein Materialgas zur Herstellung einer Halbleiterschicht vom N-Typ sei ein Gas mit einem niedrigen Alkylsilan als Hauptbestandteil und Phosphin als StörstellenquelleGas with a lower alkyl silane, e.g. monosilane and disilane as the main component, with diborane as a source of impurities, and with hydrogen and argon is given as an example of a material gas for forming a P-type semiconductor layer. As an example for a material gas for forming an N-type semiconductor layer is a gas containing a lower alkylsilane as the main component and phosphine as the source of impurities
und mit Wasserstoff genannt. Ein Gas, das ein niedriges Alkylsilan als Hauptbestandteil aufweist und Wasserstoff enthält, wird als Beispiel eines Materialgases zur Herstellung einer Halbleiterschicht vom I-Typ genannt.and called with hydrogen. A gas comprising a lower alkylsilane as a main component and hydrogen is given as an example of a material gas for forming an I-type semiconductor layer.
Ein Verbindungshalbleiter (compound semiconductor), beispielsweise ein Ga-As-Halbleiter und ein In-P Halbleiter können ebenfalls benutzt werden.A compound semiconductor, for example a Ga-As semiconductor and an In-P semiconductor can also be used.
Die Dicke der gesamten Halbleiterschicht , bestehend aus dem ersten und zweiten amorphen Photoelement, ist entsprechend dem Wellenlangenbereich des zur Erfassung benützten Lichtes variabel, insbesondere entsprechend der Grenze bezüglich einer großen Wellenlänge, jedoch im Hinblick auf übliches Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis. 800 nm, ist eine Dicke von etwa 1 bis mehrere μΐη ausreichend, vorzugsweise von 1 bis 2 μπι. Im Verhältnis dazu ist das Verhältnis zwischen der Dicke und der maximalen Absorptionswellenlänge der I-Schicht eines Silizium-Photoelementes für die Erfindung in Fig. 9 dargestellt. In Fig.., 9 ist entlang der Abszisse die Wellenlänge des Lichtes aufgetragen, das eintritt, entlang der Ordinate in einem logarithmischen Maßstab die- Dicke der I-Schicht, welche die halbe Menge des eintretenden Lichtes absorbiert. Demzufolge ist es geeignet, die Positionen (Tiefen) auf dem Substrat, wo die ersten und zweiten Photoelemente zum Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 9 gebildet werden, derart zu wählen, daß die zugehörigen gewünschten großen und kleinen Wellenlängen zu einem maximalen Anteil absorbiert werden.The thickness of the entire semiconductor layer consisting of the first and second amorphous photo element, corresponds to the wavelength range of the one used for detection Light variable, in particular according to the limit with respect to a large wavelength, but in With regard to ordinary light with a wavelength of 300 to. 800 nm, is a thickness of about 1 to several μΐη sufficient, preferably from 1 to 2 μπι. In relation to in addition, the ratio between the thickness and the maximum absorption wavelength of the I-layer is one Silicon photo element for the invention shown in FIG. In Fig .., 9 is along the abscissa The wavelength of the light entering is plotted along the ordinate on a logarithmic scale the thickness of the I-layer, which absorbs half the amount of incoming light. Hence it is suitable the positions (depths) on the substrate where the first and second photo elements for example below Referring to Fig. 9, select such that the associated desired large and small wavelengths to be absorbed to a maximum extent.
Hinsichtlich eines Lichtes mit großer Wellenlänge benötigt ein üblicher Einzelkristall-Halbleiter eine Dicke von etwa 10 bis mehreren 10 μΐη, während bei dem erfindungsgemäßen Halbleiter eine Dicke von einem bis mehrerenWith regard to a long wavelength light, a common single crystal semiconductor needs a thickness from about 10 to several 10 μΐη, while in the inventive Semiconductors a thickness from one to several
μΐη ausreichend ist, wie vorstehend beschrieben ist. Dies bedeutet, daß durch die Erfindung die Dicke der Halbleiterschicht im Vergleich zu bekannten Halbleitern wesentlich dünner ist.μΐη is sufficient as described above. This means that the invention improves the thickness of the semiconductor layer compared to known semiconductors is much thinner.
Die Polaritäten PIN oder NIP der schichtförmigen Photoelemente können die gleichen oder auch entgegengesetzte sein. Die Farbe des Lichtes, das in den Halbleiter eintritt, kann durch Ausnutzung der Differenz der Ausgangssignale oder des Verhältnisses der Ausgangssignale beider Photoelemente unterschieden werden undzu diesemZweck kann eine geeignete Schaltung erstellt werden.The polarities PIN or NIP of the layered photo elements can be the same or opposite. The color of the light entering the semiconductor can be achieved by utilizing the difference between the output signals or the ratio of the output signals of the two Photo elements can be differentiated and for this purpose a suitable circuit can be created.
Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Halbleiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Halbleiters ist mit 21 ein leitfähiges Substrat bzw. eine Isoliersubstratschicht mit einem darauf befindlichen leitfähigen dünnen Film bezeichnet, mit 22 eine amorphe Siliziumschicht vom P- (oder N-) Typ, mit 23 eine amorphe I-Siliziumschicht, mit 24 eine amorphe Siliziumschicht vom N- (oder P-) Typ, mit 25 ein leitfähiger transparenter Film, mit 26 ein transparenter Isolierfilm, mit 27 ein transparenter leitfähiger Film, mit 28 eine amorphe P- (oder N-) Siliziumschicht, mit 29 eine amorphe I-Siliziumschicht und mit 30 eine amorphe Siliziumschicht vom N-Typ (oder P-Typ). Mit 31 ist ein transparenter leitfähiger Film bezeichnet und mit 32, 33, 34, 35 jeweils eine Elektrode. Auf dem Substrat 21 sind folgende Schichten schichtförmig in der nachfolgenden Reihenfolge vorgesehen: eine amorphe Siliziumschicht 22 vom P-Typ (oder N-Typ) mit einer Dicke von 0,05 μην, die mit Bor (oder Phosphor) dotiert ist; die amorphe I-Siliziumschicht 23 mit einer Dicke von etwa 0,5 \im, die überhaupt nicht dotiert ist, oder mit einerThe semiconductor according to the invention is explained below with reference to the drawings. In the embodiment of the semiconductor shown in Fig. 1, 21 denotes a conductive substrate or an insulating substrate layer with a conductive thin film thereon, 22 an amorphous silicon layer of the P (or N) type, 23 an amorphous I- Silicon layer, with 24 an amorphous silicon layer of the N (or P) type, with 25 a conductive transparent film, with 26 a transparent insulating film, with 27 a transparent conductive film, with 28 an amorphous P (or N) silicon layer, at 29 an amorphous I-silicon layer and at 30 an amorphous silicon layer of the N-type (or P-type). A transparent conductive film is denoted by 31 and an electrode is denoted by 32, 33, 34, 35 in each case. The following layers are provided on the substrate 21 in the form of layers in the following order: an amorphous silicon layer 22 of the P-type (or N-type) with a thickness of 0.05 μm, which is doped with boron (or phosphorus); the amorphous I-silicon layer 23 with a thickness of about 0.5 \ in, which is not doped at all, or with a
-JKf --JKf -
V/2V / 2
sehr kleinen Menge von Bor dotiert ist; die amorphe Siliziumschicht 24 vom N-Typ (oder P-Typ) mit einer Dicke von etwa o,05 μπι, die mit Phosphor (oder Bor) dotiert ist; ein transparenter, leitfähiger Film 25; ein transparenter Isolierfilm 26; ein transparenter leitfähiger Film 27; eine amorphe Siliziumschicht vom P-Typ (oder N-Typ) mit einer Dicke von etwa 0,05 μΐη, die mit Bor (oder Phosphor) dotiert ist; eine amorphe I-Siliziumschicht 29 mit einer Dicke von etwa 0,5 μΐη die·überhaupt nicht dotiert ist oder mit einem sehr kleinen Betrag von Bor dotiert ist; eine amorphe Siliziumschicht 30 vom N-Typ (oder P-Typ) mit einer Dicke von etwa 0,05 um, die mit Phosphor (oder Bor) dotiert ist; ein leitfähiger Film 31. Die Elektrode ist auf dem Substrat (leitfähig) 21 ausgebildet, die Elektrode 33 auf dem transparenten Film 25, die Elektrode 34 auf dem transparenten Film 27 und die Elektrode 34 auf dem transparenten und leitfähigen Film Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist ein erstes amorphes Photoelement (Photodiode) PD2 mit PIN-Aufbau vorgesehen und besteht aus der amorphen Solarzelle, die sich aus der P- oder (N-) Schicht 22, der I-Schicht 23 und der N- (oder P-) Schicht 24 ergibt; ein zweites amorphes Photoelement (Photodiode) PD1 mit PIN Aufbau besteht aus einer amorphen Solarzelle, die sich aus der P- (oder N-) Schicht 28, der I-Schicht 29 und der N- (oder P-) Schicht 30 ergibt. Bei dem amorphen Farbsensor nach Fig. 1 bilden die beiden separaten amorphen Photoelemente PDl und PD2 ein Chip, dessen Ersatzschaltung in Fig. 2 dargestellt ist.very small amount of boron is doped; the amorphous silicon layer 24 of the N-type (or P-type) with a Thickness of about 0.05 μm, made with phosphorus (or boron) is doped; a transparent conductive film 25; a transparent insulating film 26; a more transparent one conductive film 27; an amorphous silicon layer of the P-type (or N-type) with a thickness of about 0.05 μΐη, which is doped with boron (or phosphorus); an amorphous I-silicon layer 29 with a thickness of about 0.5 μm which is not doped at all or is doped with a very small amount of boron; an amorphous one N-type (or P-type) silicon layer 30 having a Thickness of about 0.05 µm doped with phosphorus (or boron); a conductive film 31. The electrode is formed on the substrate (conductive) 21, the electrode 33 on the transparent film 25, the electrode 34 on the transparent film 27 and the electrode 34 on the transparent and conductive film In the structure described above, a first amorphous photo element (photodiode) PD2 is a PIN structure provided and consists of the amorphous solar cell, which consists of the P or (N) layer 22, the I-layer 23 and the N (or P) layer 24 results; a second amorphous photo element (photodiode) PD1 with PIN structure consists of an amorphous solar cell, which consists of the P- (or N-) layer 28, the I-layer 29 and the N- (or P-) layer 30 results. In the amorphous color sensor according to FIG. 1, the two separate amorphous Photo elements PD1 and PD2 a chip, the equivalent circuit of which is shown in FIG.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Ausführungsform eines Farbsensors gemäß Fig. 1 wird nachfolgend erläutert.The operation of the described embodiment of a Color sensor according to FIG. 1 is explained below.
Tritt auf den in Fig. 1 gezeigten Halbleiter ein Licht (L) von der Seite des transparenten leitenden Filmes 31 auf, wird die Empfindlichkeit auf eine kurze Wellenlänge in der Photodiode PD1 groß, die der lichtempfangenden Oberfläche näher liegt, während bezüglich der Photodiode PD2, die näher zum Substrat liegt, die Empfindlichkeit für eine große Wellenlänge groß wird. Diese spektralen Empfindlichkeitseigenschaften sind in Fig. 3 dargestellt.If a light (L) occurs on the semiconductor shown in Fig. 1 from the side of the transparent conductive film 31, the sensitivity to a short wavelength becomes in of the photodiode PD1, which is closer to the light receiving surface, while with respect to the photodiode PD2 closer to the substrate, the sensitivity to a long wavelength becomes large. This spectral Sensitivity characteristics are shown in FIG. 3.
Wenn die KurζSchlußströme, die bei einem Empfang von Licht durch die Photodioden PD1 und PD2 mit I Λ bzw.If the short-circuit currents that occur when light is received by the photodiodes PD1 and PD2 with I Λ or
SC 1SC 1
I 2 bezeichnet werden, ergibt sich die Abhängigkeit der Stromverhältnisse I .. /I ~ gegenüber der Wellenlänge entsprechend Fig. 3. Das Verhältnis der KurzschlußströmeI 2 , the dependence of the current ratios I .. / I ~ with respect to the wavelength results in accordance with FIG. 3. The ratio of the short-circuit currents
1 1/I _ hat im Verhältnis zur Wellenlänge eine 1 : 1 Zuordnung. Dementsprechend ist es möglich, die Wellenlänge von Licht auf der Grundlage der in Fig. 4 gezeigten Charakteristiken festzulegen, das empfangen wird, indem die Kurzschlußströme der Photodioden PD1 und PD2 gemessen werden, die dann vorliegen, wenn die Photodioden ein Licht mit vorbestimmter Farbe empfangen, und das Verhältnis der Ströme I 1/I „ bestimmt wird.1 1 / I _ has a 1: 1 assignment in relation to the wavelength. Accordingly, it is possible to set the wavelength of light received on the basis of the characteristics shown in Fig. 4 by measuring the short-circuit currents of the photodiodes PD1 and PD2 which exist when the photodiodes receive a light having a predetermined color, and the ratio of the currents I 1 / I "is determined.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Aufbaues eines bekannten Farbsensors mit einem Einzelkristall-Siliziumelement; Fig. 6 zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild. Hierbei sind mit 1 eine P-Schicht, mitFig. 5 is a schematic representation of the construction of a known color sensor having a single crystal silicon element; 6 shows the associated equivalent circuit diagram. Here are a P-layer with 1, with
2 eine N-Schicht, mit 3 eine P-Schicht und mit 4,5,6 die jeweiligen Elektroden bezeichnet.2 an N-layer, with 3 a P-layer and with 4,5,6 denotes the respective electrodes.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaues eines weiteren bekannten Farbsensors und Fig. 8 das zugehörige Ersatzschaltbild. Mit 11 ist eine amorphe Siliziumschicht, mit 12 ein transparenter leitfähiger Film, mit 13 ein Glassubstrat, mit 14 bis 16 die zu-FIG. 7 shows a schematic representation of the structure of a further known color sensor and FIG. 8 shows the associated one Equivalent circuit diagram. With 11 is an amorphous silicon layer, with 12 a transparent conductive one Film, with 13 a glass substrate, with 14 to 16 the
gehörigen Farbfilter entsprechend den Farben R, G, B und mit 17 bis 20 die jeweiligen Elektroden bezeichnet.Corresponding color filters corresponding to the colors R, G, B and 17 to 20 denote the respective electrodes.
Fig. 9 ist eine Darstellung für das Verhältnis zwischen der Dicke und der maximalen Absorptionswellenlänge der I-Schicht des Silxziumelementes, wobei entlang der Abszisse die Licht-Wellenlänge des auffallenden Lichtes und entlang der Ordinate in logarithmischem Maßstab die Dicke der I-Schicht aufgetragen sind.Fig. 9 is a graph showing the relationship between the thickness and the maximum absorption wavelength of the I-layer of the silicon element, with the light wavelength of the incident light along the abscissa and the thickness of the I-layer is plotted along the ordinate on a logarithmic scale.
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Claims (3)
eine transparente und auf dem ersten amorphen Photoelement (PD2) ausgebildete Isolierschicht (26),
und durcha first amorphous photo element (PD2) with PIN structure, which is formed on the substrate (21),
a transparent insulating layer (26) formed on the first amorphous photo element (PD2),
and through
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|---|---|---|---|
| JP59199006A JPS6177375A (en) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | Color sensor |
Publications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19853533298 Withdrawn DE3533298A1 (en) | 1984-09-21 | 1985-09-18 | COLOR SENSOR |
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|---|---|---|---|---|
| DE3934246A1 (en) * | 1989-10-13 | 1991-04-25 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Photosensitive PIN diode stack - has sensor formed with extra auxiliary diodes in individual main diode layers |
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| JPS6177375A (en) | 1986-04-19 |
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| GB8523284D0 (en) | 1985-10-23 |
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